可剥离多功能高介电常数二维氧化物的探索
材料科学
2022-12-06 v1
摘要
随着超越摩尔集成电路中等效场效应晶体管（FETs）的持续微缩，寻找具有更高介电常数（高-k）的新型功能性二维（2D）材料作为栅介质至关重要。在此，我们通过筛选潜在可剥离的块体金属氧化物（尽管其具有非层状结构），并随后模拟剥离过程，识别出数十种二元二维氧化物。对于动力学稳定的材料，我们全面表征了其静态介电常数与电子结构，其中 GeO2(011)/(101)/(1-11) 二维氧化物表现出异常高的 k 值（85–99），远高于目前备受推崇的二维介质 CaF2（k ~6）和 β-Bi2SeO5（k ~22），同时具有 3.3 eV 的带隙。我们进一步设计了二维高-k 氧化物/二维半导体（如 MoS2）异质结构，并通过 DFT 计算判定其能否形成范德瓦耳斯界面，以评估其作为二维 FET 栅介质的兼容性。除介电特性外，我们还探索了潜在可剥离二维氧化物的磁性与力学性质，揭示了多种可供实验研究的功能材料，尤其包括铁磁半半导体、非磁性自旋电子材料、柔性高-k 二维氧化物以及负泊松比单层材料。
引用
@article{arxiv.2212.01731,
title = {Explore of exfoliable multifunctional high-k two-dimensional oxides},
author = {Yue Hu and Jingwen Jiang and Peng Zhang and Fuxin Guan and Da Li and Zhengfang Qian and Pu Huang and Xiuwen Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.01731},
year = {2022}
}